(57)【要約】  本発明は、３次元の工作物を形成する装置（１０）に関するものであって、装置（１０）が、成形素地（１８）を収容するように設計された構築面（１４）と、積層造形法を用いて工作物を形成するために、構築面（１４）の成形素地（１８）を電磁放射によって選択的に照射するように設計された照射配置（２２）と、を有し、照射配置（２２）が、多数の照射ユニット（２８）を有し、照射ユニット（２８）が、照射ユニットにそれぞれ対応づけられた構築面の個別領域（３２）を照射するように設計されており、照射ユニット（２８）の放出されたビームがそれぞれ、それぞれに対応づけられた個別領域（３２）の面積の約２％から約１７０％の間に相当する横断面積を有している。本発明は、さらに、この種の装置（１０）の使用及びこの種の装置（１０）を用いて３次元の工作物を形成する方法に関する。【選択図】図１Ａ−１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の工作物を形成する装置（１０）であって、
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置（２２）が、多数の照射ユニット（２８）を有し、
前記照射ユニット（２８）が、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合されており、
前記照射ユニット（２８）の放出されたビームがそれぞれ、前記各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の約２％から約１７０％の間に相当する横断面積を有している、装置。
【請求項２】
複数の前記個別領域（３２）が、それらが一緒になって前記構築面（１４）の少なくとも一部を実質的に連続してカバーするように、配置されている、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記照射ユニット（２８）がそれぞれ、前記ビーム（３０）が実質的に変化しない角度で放出されるように、かつ特に、前記ビーム（３０）が前記構築面（１４）上へ約２０°から約１６０°の実質的に変化しない角度で当接するように、形成されている、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記照射ユニット（２８）が、互いに対してあらかじめ定められた間隔で、かつ特に、互いに対して規則的かつ／又は等しい間隔で、配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記照射ユニット（２８）が、前記照射配置（２２）の内部にマトリクス形状、格子形状又はネット形状に配置されている、請求項４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
目下形成すべき工作物層に従って前記照射ユニット（２８）を、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、制御するように構成されている、制御装置を更に備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記制御装置が、目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出されるビームの強度を制御するように、構成されている、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記制御装置が、前記照射ユニット（２８）の強度を制御して、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが硬化に有効な照射を発生させるように、構成されている、請求項７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）が実質的に同時に照射されて、それによって前記工作物層が実質的に唯一のステップで形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続してかつ／又は複数のステップで前記成形素地（１８）を照射するように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記制御装置が、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項１０に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が模写されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から１１のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記照射ユニット（２８）が、前記照射配置（２２）内に実質的に固定されて配置されており、かつ、選択的に、前記構築面（１４）に対して平行に実質的に移動しない、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
前記照射ユニット（２８）が、それぞれビーム源を有し、かつ／又は、前記照射ユニット（２８）の少なくともいくつかのものの放射されたビームが、付加的な光学ユニット（５０）によって共通のビーム（５２）を形成するように束ねられる、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
工作物の形成プロセスの間、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけが可変である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１６】
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置が、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合された、多数の照射ユニット（２８）を有する、
装置（１０）によって、３次元の工作物を形成する方法であって、
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、前記照射ユニット（２８）に対応づけられた各々の個別領域（３２）上へビーム（３０）を放出することであって、放出されたビーム（３０）の横断面積がそれぞれ、各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の約２％から約１７０％の間に相当する、
ステップを有する、方法。
【請求項１７】
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、形成すべき多数の工作物層にわたって実質的に変化しない角度でビーム（３０）を放出する、
ステップをさらに有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
−目下形成すべき工作物層に従って、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御する、
ステップをさらに有する、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
−目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出される放射の強度を制御する、
ステップをさらに有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記照射ユニット（２８）の強度の制御が、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが、硬化に有効な放射を発生させるように、行われる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、成形素地（１８）が実質的に同時に照射されて、工作物が実質的に唯一のステップで形成されるように、行われる、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続して、かつ／又は複数のステップにおいて、前記成形素地（１８）を照射するように、行われる、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記照射ユニット（２８）の制御が、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物の層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、かつ、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、行われる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が形成されるように、行われる、請求項１８から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
−工作物の形成プロセスの間に、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけを変化させる、
ステップをさらに有する、請求項１６から２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
積層造形法を用いて３次元の工作物を形成するために、請求項１から１４のいずれか１項に記載の装置を使用すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の照射ユニットを使用して積層造形法を用いて３次元の工作物を形成する装置と方法及びこの種の装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層造形法においては、最初は形状のない、あるいは形状ニュートラルな成形素地を照射によって所望の形状にし、そして特に硬化して、それによって層から層へ３次元の工作物を形成することが、知られている。これは特に、たとえばレーザー放射の形式の、電磁放射によって達成することができる。初期状態において、素地は細粒、粉末又は液状の成形素地として存在し、かつ照射によって選択的もしくは場所固有に硬化させることができる。成形素地は、たとえばセラミック材料、金属材料若しくはプラスチック材料、又は、その混合材料を有することができる。積層造形法の１つの変形例は、いわゆる粉末床溶融に関するものであって、特に金属及び／又はセラミックの粉末材料が、３次元の工作物になるように硬化されて成形される。
【０００３】
さらに、個々の工作物層を形成するために、成形素地を構築面上に塗布して、選択的かつ目下形成すべき工作物層の幾何学配置の設定に従って照射することが、知られている。レーザー放射が成形素地内へ進入して、たとえば加熱の結果として、それを硬化させ、その加熱が溶融又は焼結をもたらす。１つの工作物層が硬化されている場合に、未加工の成形素地の新しい層が、すでに形成されている工作物層上へ、たとえば既知の積層配置によって、設けられる。次に、一番上になった、まだ加工されていない成形素地層の新たな照射が行われる。したがって、工作物が次々と層から層へ構築され、各層が工作物の横断面形状を定める。これに関連して、さらに、工作物を実質的に自動で形成するために、ＣＡＤ工作物データ又は比較可能な工作物データを利用することが、知られている。
【０００４】
本発明においては、同様に、上述した基本的視点を設けることができる。しかしこれまでは、成形素地を選択的に照射するために、たとえばいわゆるスキャナユニットの形式の、複雑な光学系と方向変換ユニットが必要であった。これが、放射源から始めて、たとえばレーザービームの形式の電磁放射を構築面のあらかじめ定められた領域およびその上に塗布された成形素地へフレキシブルに向けることを可能にする。しかしそれは、加工時間を長引かせる。というのは、ビームがいわゆる個々の照射ベクトルの形式で成形素地の表面に沿って案内されなければならないからである。すなわち中身の詰まった、もしくは中実の工作物層を形成するためには、あらかじめ定められたスキャンベクトルに沿ってしばしば振り子移動するレーザービーム変位が必要であり、それが工作物層を完全になぞり移動しなければならない。これが製造時間を長引かせ、かつ形成プロセスの効率を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２８１８３０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、積層造形法によって３次元の工作物を形成するための、効率に関して改良された解決を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのために、３次元の工作物を形成する装置が提供され、装置は構築面を有し、その構築面は成形素地を収容するように適合されている。構築面は、既知のやり方で装置支持体の内部もしくは上に準備することができる。支持体及び／又は構築面は、以下で説明する装置の照射配置に実質的に対向し、かつそれに対して移動可能とすることができる。たとえば構築面は、一般的に、垂直に上昇及び／又は下降可能とすることができる。したがって構築面は、一般的に表現すると、照射配置に対して構築方向及び／又はそれとは逆に移動可能であって、構築方向は工作物の積層順序又は増大する組立て大きさに関することができる。なお、該当する運動を実施するために、構築面もしくは支持体及び／又は照射配置を駆動することができる。特に照射配置は、照射を実施するために、構築面のすぐ近傍に（たとえば５０ｍｍより少ない、あるいは３０ｍｍより少ない間隔で）配置することができるが、選択的に、たとえば後述する積層配置を構築面に沿って通過させるために、構築面に対してもっと大きい間隔で配置することもできる。
【０００８】
上述したように、初期状態における成形素地は、まず一般的に液状、粉末状又は細粒状で準備することができ、たとえばプラスチック材料、セラミック材料若しくは金属材料、及び／又は、それらの混合物を有することができる。さらに、成形素地は、以下で説明する照射に従って、たとえば溶融又は焼結あるいはまた液状プラスチックの選択及び場所固有の硬化の結果として、選択的に硬化可能であるように形成することができる。
【０００９】
装置は、一般に知られているように、さらに積層配置を有することができ、その積層配置は、構築平面上に、そして特にすでに硬化されて出来上がっている工作物層の上に、あたらしい成形素地を塗布するように、適合されている。その後、このまだ加工されていない成形素地は、次のステップにおいて新たに照射されて、それによって他の工作物層が形成され、したがって工作物が選択的に層から層へと構築される。したがって一番上の新しい工作物層を形成するために、新しい生材料層もしくは成形素材層の塗布とそれに続く照射とからなる、実質的にサイクリックなシーケンスを実現することができ、それに続いて新たに他の生材料層が最後に形成された工作物層上に塗布され、そのように続けられる。特に粉末材料の形式の成形素地のサイクリックな塗布に向けられた、この種の積層配置の例が、欧州特許出願公開第２８１８３０５（Ａ１）号明細書に見られる。
【００１０】
装置はさらに照射配置を有しており、その照射配置は、積層造形法を用いて工作物を形成するために、構築面上の成形素地を電磁的な放射で選択的に照射するように、適合されている。そのために成形素地は、いわば場所に従って、もしくは場所固有に選択的に照射することができる。電磁的な放射は、レーザー放射とすることができ、そのレーザー放射は、照射によって成形素地を硬化させるように、設計されることができる。照射配置は、一般的に、構築面に対して対向して、たとえばその上方に、配置することができる。
【００１１】
照射配置は、多数の照射ユニットを有しており、照射ユニットは、各々の対応づけられた構築面の個別領域を照射するように、適合されている。照射ユニットは、照射配置の個々のユニットとすることができ、それらはそれぞれ、構築面上へビームを放出しかつ／又はビームを向けるように設計されている。たとえば、照射ユニットは、それぞれ１つ又は複数のビーム出射領域を有しており、そこから照射配置の個々のビームが、構築面へ当接するために、周囲へ出射する。さらに複数の照射ユニットを、たとえば適切なオプティカルガイドを用いて、共通のビーム源に接続することができる。その代わりに、あるいはそれに加えて、照射ユニットが専用のビーム源を有することができる。
【００１２】
したがって変形例によれば、少なくとも選択された照射ユニットがそれぞれオプティカルガイドを有し、それによって共通のレーザービーム源に接続されており、かつ光学的な通過制御装置を有し、それによって選択的に、ビームが実際にそれぞれの照射ユニットから放出され、かつ構築面へ向けられるか、を定めることができる。そのために、通過制御装置は、専用のシャッターユニットを有することができる。
【００１３】
同様に、少なくとも選択された照射ユニットが、専用のレーザービーム源を有することができる。構築面に対向して、照射ユニットのビーム出射領域を、場所をとらずに密に配置することを可能にするために、ビーム出射領域は、オプティカルガイドによって装置の内部でずっと離れて配置された、照射ユニットのビーム源に接続することができる。しかし同様に、それぞれのビーム源は、照射ユニットのそれぞれのビーム出射領域の内部又はその近傍に配置することもできる。変形例によれば、照射ユニットは、少なくとも１つのＶＣＳＥＬユニット又は表面エミッターユニットを有することができ、それがそれぞれ、少なくとも１つのレーザービームを放出するダイオード又はレーザービームを放出する半導体を有することができる。複数のこの種のユニットを個々のチップ又はモジュール上にまとめて、したがって場所をとらずに装置の内部に配置することもできる。
【００１４】
照射ユニットの数は、１０より多く、２０より多く、５０より多く、１００より多く、５００より多く、あるいはまた１０００より多くすることもできる。正確な数は、それぞれ所望の製造精度又は組立てフィールドの大きさに従って選択することができる。
【００１５】
構築面の個別領域は、言うなれば仮想で定めて、照射ユニットに対応づけることができる。個別領域は、照射配置内の照射ユニットの配置を構築面上に反映することができる。以下で説明するように、照射ユニットは、照射配置の内部にたとえばマトリクス形状又は格子形状に配置することができるので、個別領域は、構築面上にこの配置を適切に模写することができる。したがって言い換えると、個別領域は、構築面上にバーチャルのマトリクス、格子（Raster）、ネット又は格子（Gitter）を定めることができる。これは特に、個別領域が対応づけられた照射ユニットにそれぞれ実質的に直接対向する場合に、当てはまる。そのために、個別領域は、適切に対応づけられた照射ユニットに対して、実質的にこれらが直線的な光路によって結合可能であるように、配置されることができる。特に個別領域は、適切に対応づけられた照射ユニットに実質的に直接対向して配置されることができるので、これらは直線的なビームによって結合可能であり、そのビームは、たとえば構築面に対して実質的に垂直及び／又は直交して延びる。
【００１６】
個別領域の正確な位置、大きさ及び／又は場合によっては生じる重なりは、さらに、たとえば所望の製造精度、ビームプロフィールあるいは照射配置と構築面の場合によっては生じる相対移動に従って、フレキシブルに定めることができる。以下で詳しく説明するように、それぞれの照射ユニットのビームによる個別領域のカバーもしくは充填度も、異なるように選択することができる。特に、個別領域の実質的に完全なカバー、過剰なカバー又は不完全なカバーを設けることができる。ビーム横断面積は特に当接点において個別領域面積の約１００％（完全なカバー）、１００％より多い（過剰なカバー）あるいは１００％より少ない（不完全なカバー）に相当することができる。
【００１７】
そして、できる限り均一かつ平面的な硬化を得るために、一般的に、重なり合った照射を行うことができ、構築面領域もしくは個別領域を少なくとも２つの照射ユニットによって共通に照射することができる。以下で説明するように、そのために照射ユニットは過剰なカバーに基づいて隣接する個別領域も一緒に照射することができ、かつ／又は個別領域が重なり合って定められるので、個別領域がただ完全にあるいは不完全にカバーされる場合でも、構築面の重なり合った照射が得られる。
【００１８】
個別領域と照射ユニットの対応づけは、一般的に、たとえば装置の構築方法及び特に構築面と照射配置の構造による相対配置に基づいて、固定とすることができる。言い換えると、該当する対応づけは、装置に基づいて実質的に不変とすることができる。その代わりに、あるいはそれに加えて、たとえば機械的又は電気機械的な変位機構の形式で、構築面と照射配置の相対配置をフレキシブルに調節する可能性も設けることができる。一般的に、これは、以下で説明する工作物の製造プロセスの間の個別領域と照射ユニットの対応づけの変化も含むことができる。というのは、照射ユニットは、選択的に、しかるべき相対変位に基づいて、隣接する個別領域も照射することができるからである。
【００１９】
さらに個別領域は個別に、唯一の照射ユニットのみに対応づけることができる。したがって一般的に、照射ユニットと少なくとも同じ数の個別領域を設けることができる。少なくとも直接隣接する個別領域は、さらに、少なくともわずかに重なり合うことができる。個別領域の形状は、さらに、実質的に方形、矩形、三角形又は円形とすることができる。
【００２０】
さらに、個別領域は、一般的に等しい大きさで形成することができる。変形例によれば、個々の個別領域は、構築面の面積全体の最大で約１／１０を有している。同様に、個々の個別領域が構築面の面積全体の最大で約１／１００、最大で約１／２５０、最大で約１／５００、最大で約１／７５０、あるいは最大で約１／１０００を有することが、考えられる。
【００２１】
照射ユニットの放出ビームはそれぞれ、各々の対応づけられた個別領域の面積の約２％から約１７０％の間、たとえば約２％から約１００％の間に相当する横断面積を有している。既知のように、ビームは実質的に丸い、もしくは円形の横断面プロフィールを有することができ、それに基づいて該当する横断面積が生じる。さらに、一般的に、ビームの横断面積は、直接照射ユニットに基づくことができるが、好ましくは、ビームの横断面積は、構築面上の、もしくはそれぞれ対応づけられた個別領域上の当接点に基づく。それに対して個別領域の大きさは、上述した限界の枠内で選択することができ、正確な決定は、たとえば加工される材料又は所望の製造精度の種類に応じて行うことができる。したがってビームの横断面積は、各々の対応づけられた個別領域の面積を上回ることもでき、したがって個別領域面積の１００％より多くをカバーすることができる。
【００２２】
これは、放出されたビームが、たとえばできるだけ確実な平面的硬化を可能にするために、場合によっては隣接する個別領域と重なり合うことができることも意味している。この場合において、該当する照射ユニットのビームによって実質的に完全に（したがって約１００％）カバーされる個別領域を、照射ユニットに実際に対応づけられたと考えることができる。他方で、隣接する個別領域は、上述した重なりに基づいて、いずれにしてもある割合だけカバーされることができる（たとえばそれぞれ１００％）。念のために述べておくが、重なり合う照射を得るために、同様に、個別領域を少なくとも部分的に重なり合うように定めることができる。個別領域の面積が、各々の対応づけられたビームによってたとえば約１００％カバーされる場合に、同様に、重なり合う照射がもたらされる。
【００２３】
個別領域面積におけるビーム横断面積の割合を定めることによって、個別領域の上述した種々のカバー変形例を得ることもできる（完全なカバー、過剰なカバー及び不完全なカバーを参照）。変形例においては、個別領域によって照射ユニットの配置が構築面上に反映され、個別領域は互いに直接隣接し、あるいは互いにわずかに離隔して配置されている。しかし説明したように、個別領域は好ましくは重なり合うこともできる。これらの場合において、照射ユニットのビームが完全に約１００％カバーする場合に、構築面の実質的に均一な平面的照射が行われる。しかし同様に、照射ユニットのビームは個別領域を１００％より多い割合で、たとえば約１２０％の割合で、したがって過剰にカバーすることもできる。隣接する個別領域は、部分的に一緒に照射されるので、構築面上のビームの当接点もしくは当接面も同様に少なくともわずかに重なり合うことができる。上述した場合においては、さらに、成形素地の平面的な照射と硬化は、実質的に唯一の照射パルスもしくは照射ショットによって行うことができる。
【００２４】
そして、ビームは個別領域を単に不完全に、したがって１００％より少ない割合でカバーすることもできる。しかし、個別領域内の成形素地の、場合によっては望まれる完全な硬化は、成形素地の内部の熱伝導によって相変わらず達成することができる。同様に、ビームを個別領域内部のすべての点へ向けることができ、かつそれによって囲まれた成形素地を完全に硬化させるために、ビームの偏向も考えられる。これは、光学的な偏向装置によって行うことができ、それはたとえば変位レンズ、スキャナミラーなどを有することができる。しかしそのためには、個別領域の大きさが比較的小さいことに基づいて、わずかな偏向運動もしくはビームガイド運動で充分である。したがって、完全な構築面にわたって個々のビームを案内することに比較して、相変わらず著しい効率改良が得られる。
【００２５】
個別領域の面積におけるビームの横断面積の割合についての上述した領域の下限は、同様に約５％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、約７０％、約８０％、約９０％、約１００％、約１１０％、約１２０％、約１３０％、約１４０％、約１５０％、約１６０％とすることができる。それに対して上限は、約１６０％、約１５０％、約１４０％、約１３０％、約１２０％、約１１０％、約１００％、約９５％、約９０％、約８０％、約７０％、約６０％、約５０％、約４０％、約３０％、約２０％、約１０％、約５％とすることができる。
【００２６】
なお、上限が下限の上方にある限りにおいて、したがってたとえば個別領域面積におけるビーム横断面積の割合が約２０％と約７０％の間、約４０％と約９５％の間、約３０％と約９０％の間、約５０％と約１００％の間、約７０％と約１００％の間、約８０％と約１００％の間、等々となる限りにおいて、上述した上限と下限のすべての可能な組合せを設けることもできる。
【００２７】
スキャナユニットを有する既知の装置においては、放出されるレーザービームの直径は、典型的に数マイクロメートル（たとえば１５０μｍ）であるが、構築面は数百平方センチメートルを有することを、考慮してみる。したがって、照射すべき領域におけるビーム横断面積の上述した割合は、達成されない。というのは、その割合が比較的高いからである。したがって発明者は、そのビームをスキャン装置によって成形素地に沿って案内しなければならない、個々の照射ユニットを設ける代わりに、それぞれ構築面のあらかじめ定められた個別領域のみを照射する、多数の照射ユニットを設けることができることを、認識した。個別領域は、構築面をいわゆるマトリクス形状に個々の照射領域もしくは照射ゾーンに分割するために、比較的小さく選択することができ、個別領域は好ましくは、照射配置の内部の照射ユニットの配置を構築面上にバーチャル反映する。したがって多数の照射ユニットを少なくとも部分的に並列に及び／又は直接互いに連続するように駆動することによって、個別領域を迅速な順序で、あるいは特に互いに対して同時に照射することができ、それが個々の工作物層の形成時間をそれに応じて削減することができる。
【００２８】
たとえば、これによって、ライン形状の工作物エッジを形成するために、個々の照射ユニットのビームをスキャナ装置によって所望のエッジ推移に従って、成形素地に沿って完全に移動させる必要がもはやないことを、可能にすることができる。むしろこれは、多数の照射ユニットから、次のような隣接する照射ユニット、すなわち、照射ユニットもしくは照射ユニットに対応づけられた個別領域が所望のエッジ推移に沿って配置されている、隣接する照射ユニット、を駆動することによって、達成することができ、言い換えると、しかるべき照射ユニットが、その各々の個別領域を同時に照射する場合に、所望の工作物エッジの形成は、いわゆる「ワンショット」で行うことができる。
【００２９】
さらなる展開においては、個別領域は、それらが一緒になって構築面の少なくとも一部を実質的に連続してカバーするように、配置される。そのためには、説明したように、個別領域はたとえば矩形状に選択することができ、かつ構築面を一般的にマトリクス状にカバーすることができる。個別領域は、さらに、直接互いに隣接することができ、かつ／又は少なくともわずかに重なり合うことができる。特に、個別領域は構築面の少なくとも約５０％、少なくとも約７５％、少なくとも約９０％あるいは少なくとも約１００％をカバーすることができる。
【００３０】
さらに、照射ユニットは、ビームが実質的に変化しない角度で放出されるように、構成することができる。たとえばビームは、照射配置に対して実質的に約２０°から約１６０°の角度で、特に約６０°から約１２０°、約８０°から約１００°、あるいは約９０°の角度で、放出することができる。同様にビームは、約２０°から約１６０°の、そして特に約６０°から約１２０°、約８０°から約１００°、あるいは約９０°の、実質的に変化しない角度で、構築面上へ当接することができる。
【００３１】
したがって、照射ユニット又は照射配置全体も、スキャナ装置又は他のビーム偏向装置をもたないことができ、それによって構造が簡略化される。その代わりに、多数の照射ユニット（たとえば５０より多い）を設けることができ、それらが実質的に変化しない方向づけでビームを放出し、構築面へ向ける。それによって言うなれば、単に点状もしくは固定位置で成形素地へ作用することができる。しかし照射ユニットの数が増大されたことに基づいて、特にそれぞれ対応づけられた個別領域が同様に小さく選択されている場合に、所望の工作物層を形成するために、それらの照射ユニットは相変わらず成形素地のつながり合った領域を共通に硬化させることができる。
【００３２】
さらなる展開において、照射ユニットは、互いに対してあらかじめ定められた間隔で、かつ特に互いに対して規則的及び／又は等しい間隔で、配置されている。照射ユニットは、個別領域の上述した変形例と同様に配置し、互いに対して離隔することができ、かつ特に個別領域にそれぞれ対向することができる。これに関連して、さらに、照射ユニットは照射配置の内部でマトリクス状、格子状又はネット形状に配置することができる。照射ユニットは、配置パターンの適切な格子点、ネット点又は一般的に交差点を形成することができる。照射ユニットのこのような配置は、特に複数の個別領域にわたって延びる、工作物層の比較的大きいつながり合った面を照射しようとする場合に、構築面の効率的かつ特に面を覆う照射を可能にする。
【００３３】
装置はさらに、制御装置を有することができ、その制御装置は、目下形成すべき工作物層に従って照射ユニットを制御し、特に構築面上にあらかじめ定められた照射パターンを形成させるように、構成されている。たとえば照射ユニットは、所望の工作物層を形成するために、構築面もしくは成形素地のどの領域が実際に硬化されなければならないかに従って、制御装置によって少なくとも硬化に有効な放射強度の発生に関して選択的にのみ駆動されることができる。そのために制御装置は、それ自体知られたやり方で、形成すべき工作物のＣＡＤデータ及び／又はそれから導き出されたデータを利用することができ、かつ所望の制御指令を形成するために、そのデータを選択的にさらに処理することができる。したがって照射パターンは、形成すべき工作物層の少なくとも１つの領域の所望の輪郭もしくは形状に対応することができる。
【００３４】
これに関連してさらに、制御装置は、目下形成すべき工作物層に従って、照射ユニットによって放出される放射の強度を制御するように構成することができる。特に、照射ユニットの最大提供可能な放射強度の約０％又は約１００％の間の強度変化、したがって実質的に照射ユニットの選択的なオンとオフ、を設けることができる。同様に、最大提供可能な放射強度の約０％と約１００％の間の中間値も調節可能であり、したがってたとえば放射強度の段階的又は歩進的及び／又は連続的な変化も設けることができる。
【００３５】
さらに、制御装置は、照射ユニットの強度を制御して、多数の照射ユニットから選択されたもののみが硬化に有効な放射を発生させるように、構成することができる。使用される成形素地及び／又は照射ユニット（もしくはそれによって放出される放射）に応じて、最大提供可能な放射強度のどのくらいのパーセントから実際に硬化作用が得られるかを、前もって定めることができる。それに対してこの硬化に有効な放射強度未満では、放射は単に前加熱又は後加熱の機能しかもたないが、それはたとえば固有応力を削減するために、相変わらず望ましいことであり得る。したがって多数の照射ユニットから選択されたもののみを制御装置によって次のように、すなわち成形素地から所望の輪郭を有する工作物層を実際に生じさせるように、選択的に駆動することができる。それに対して他の照射ユニットは、単に作動されない状態に留まり、あるいはまた成形素地を単に前加熱及び／又は後加熱するように、減少された放射強度を有する。なお、硬化する照射ユニット又は単に前加熱／後加熱する照射ユニットの選択は、それぞれ目下形成すべき工作物層に応じてフレキシブルに変化することができる。
【００３６】
他の視点において制御装置は、工作物層を実質的に唯一のステップで形成するために、照射ユニットを制御して、成形素地が実質的に同時に照射されて工作物層が形成されるように、構成されている。すでに述べたように、そのために、それぞれ形成すべき工作物層の形状もしくは輪郭に応じて、それに対応づけられた個別領域が、形成すべき工作物層と一致するような照射ユニットを選択的に選択して駆動することができる。これらの照射ユニットが実質的に同時に作動され、もしくはその強度が硬化作用を得るために同時に高められる場合に、工作物は実質的に「ワンショットで」形成することができる。それに続いて、製造プロセスを直接続行するために、新しい成形素地層を構築面上へ、かつその上に形成されている工作物層上へ塗布することができる。それによって工作物の形成時間全体を、特にスキャナを介して案内される個々の、あるいは少ない数の照射源によって、すでに知られているように個々の照射ベクトルを用いて成形素地をなぞり走行することに比較して、削減することができる。
【００３７】
それに加えて、あるいはその代わりに、制御装置は、照射ユニットを制御して、それらが工作物層を形成するために互いに連続して、かつ／又は複数のステップにおいて、成形素地を照射するように、構成することができる。所望の製造品質及び／又は所望の工作物特性に応じて、少なくとも個々の工作物層を複数のステップにおいて、もしくは「複数ショット」で形成することもできる。
【００３８】
特に制御装置は、照射ユニットを制御して、第１の照射ステップにおいて、成形素地から形成すべき、工作物層の第１の割り当て部分が形成され、第２の照射ステップにおいて、成形素地から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分が形成されるように、構成することができる。第１と第２の割り当て部分は、つながりあった形状で、形成すべき工作物層の実質的に全体を形成することができる。同様に、さらに他の割り当て部分を設けることができ、それらは他の別の照射ステップにおいて形成される。割り当て部分は、実質的に互いに隣接して配置することができ、かつ／又はわずかに重なり合うことができる。変形例においては、第１と第２の割り当て部分はチェッカー盤状に選択されており、つながりあった形状において、形成すべき工作物層の少なくとも１つの領域を一緒にカバーする。
【００３９】
この変形例の利点は、１つのステップで暖められる又は特に溶融される個別面積の大きさが小さいことであり、それは、得ることのできる製造品質及び固有応力の回避に関して効果的であり得る。特に、個々の照射ステップにおいて形成される工作物層の割り当て部分は、成形素地の大面積でつながりあった溶融領域が回避されるように、選択されることができる。これは、溶融物の海の形成の回避と称することもできる。
【００４０】
他の変形例においては、制御ユニットは、照射ユニットを制御して、工作物層を形成するために、成形素地上に少なくとも１つの照射ベクトルを発生させるように、形成されている。この照射ベクトルは、既知のように、成形素地における、もしくはその上におけるビームの放射推移に関する。これは、少なくとも個々の照射ユニットのビームがしかるべき偏向装置によって偏向されて、成形素地の表面に沿って案内される場合においては、スキャンベクトルとも称される。しかしこの変形例によれば、特に、たとえば直接隣接する照射ユニットは、成形素地の個々の点状の照射が全体として成形素地表面における照射ベクトルにまとめられるように、互いに連続し、あるいは時間的に互いにずらして駆動することができる。したがって、制御装置は、照射ユニットを、成形素地上の照射ベクトルもしくはスキャンベクトルが照射ユニットのビームの個々の当接点によって、いわば模写されるように、駆動することができる。さらに照射ベクトルは、一般的に、ライン形状に形成することができる。それによって、たとえば工作物の外側のエッジを成形することができる。
【００４１】
照射ユニットは、さらに、照射配置内部に実質的に固定して配置することができ、かつ、選択的に、構築面に対して平行に実質的に移動しないようにすることができる。この場合においても、照射ユニットは、一般的に、スキャナ装置又は偏向装置をもたないことができる。その代わりに、照射ユニットは、構築面に対して実質的に固定位置に配置することができ、かつ、選択的に、変化しない角度でビームを構築面へ向けることができる。しかし相変わらず、構築面は、たとえば形成すべき工作物の大きくなる組立て大きさを補償するために、照射配置に対して移動可能とすることができる。これは、たとえば構築面及び／又は照射配置に対して実質的に直交して延びる移動軸線に沿って行うことができる。特に、移動軸線は、一般的に、垂直に延びることができる。したがって、照射ユニットは、移動軸線に沿って見た場合に、同様に構築面に対して移動可能とすることができる。しかし上述した変形例によれば、照射ユニットは、構築面に対して平行に移動できず、したがって、構築面に対して平行かつ／又は移動軸線に対して直交して延びるバーチャル平面の内部において、特別な運動を実施せず、かつ、特に構築面に対する運動を実施しない。
【００４２】
同様に、照射ユニットは、それぞれビーム源を有することができる。ビーム源は、それぞれ自立した、かつ／又は照射ユニットの個々のビーム源とすることができる。その代わりに、あるいはそれに加えて、照射ユニットの少なくともいくつかのものの放射されたビームを、付加的な光学ユニットによって共通のビームにまとめることができる。後者の変形例は、たとえば、個々の照射源それ自体は溶融もしくは硬化のために充分な放射強度を有していない場合に、特に放射強度全体を高めるために効果的であり得る。光学ユニットは、一般的に、マイクロオプティカルユニットとして形成することができる。さらに光学ユニットは、照射ユニットとは別に形成して、照射配置と構築面の間の光路内に挿入することができる。さらに光学ユニットは、個々に放射された多数のビームを共通のビームに束ねるために、たとえば適切な集光レンズの形式の、少なくとも１つの光学レンズ又は回折光学素子を有することができる。付加的に、束ねられたビームの方向づけを所望のように適合させ、したがってたとえば構築面上のその当接点を所望のように変位させるために、変位可能なレンズを設けることができる。
【００４３】
これに関連してさらに、それぞれ２又は１０の間、４又は２０の間、あるいは１０又は６０の間の照射ユニットをそれぞれ１グループとしてまとめることができ、そのグループが光学ユニットによって、個々の照射ユニットの放出されたビームが上述したように束ねられるように、相互作用することができる。したがって特に、光学ユニットは、該当するグループの照射ユニットについて、束ねるための別体のレンズ及び／又は詳述した変形例に基づく変位可能なレンズを有することができる。特に、照射配置の複数のあるいは全部の照射ユニットを、多数の適切なグループにまとめることができ、それらのグループは、それぞれ同じ数の照射ユニットを有することができる。
【００４４】
そしてまた、工作物の製造プロセスの間に、個別領域と照射ユニットの対応づけを変化させることができる。特に、この種の変化は、個々の工作物層の製造の間に行うことができ、かつ／又は別々に形成される工作物層の間、たとえば直接互いに連続する工作物層の間で行うことができる。この種の変化は、照射配置（又はそれの少なくとも個々の照射ユニット）と構築面の相対配置の上述した変化のもとで行うことができる。同様に、光学ユニット及び／又は偏向ユニットを照射配置と構築面の間の光路内に配置することが考えられる。光学ユニット又は偏向装置はさらに、照射配置から放出されたビームを構築面のあらかじめ定められた個別領域上へ方向づけし、かつ特にこの方向付けをフレキシブルに変化させるように、適合されることができる。これは、個別領域と照射配置の照射ユニットとの対応づけのしかるべき変化を伴うことができる。照射配置は、さらに、実質的に固定位置に留まることができる。
【００４５】
その代わりに、あるいはそれに加えて、照射配置（あるいは少なくともその個々の照射ユニット）はそれ自体構築面に対し、かつ特に平行に移動可能とすることができるので、照射ユニットから放出されたビームは、摺動によって変化する個別領域へ向けることができる。これは、個別領域と照射ユニットの対応づけのしかるべき変化を伴うことができる。
【００４６】
本発明はさらに、装置によって３次元の工作物を形成する方法に関するものであり、その装置は：
−成形素地を収容するように適合されている構築面と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、構築面上の成形素地を選択的に電磁的な照射によって照射するように適合された照射配置と、
を有し、
照射配置が、多数の照射ユニットを有し、それらは、各々の対応づけられた構築面の個別領域を照射するように適合されており、かつ方法は、以下のステップを有している：
−多数の照射ユニットから少なくとも選択されたものによって、照射ユニットに対応づけられた各々の個別領域上へビームを放射し、放射されたビームの横断面積がそれぞれ、各々の対応づけられた個別領域の面積の約２％から約１７０％の間に相当する。
【００４７】
一般的に、方法を実施する装置は、上述した視点の各々によって構成することができる。さらに方法は、上述した装置の駆動状態及び／又は作用を実施し、かつ提供するために、各ステップを有している。同じ意味において、以下で説明する方法ステップにおいて、上述した実施例に基づくその特徴を展開することができる。
【００４８】
具体的に、方法は、以下のステップをさらに有することができる：多数の照射ユニットから少なくとも選択されたものによって、形成すべき多数の工作物層にわたって実質的に変化しない角度でビームを放出する。形成すべき多数の工作物層は、互いに連続する工作物層とすることができる。多数というのは、一般的に、１０より多く、５０より多く、１００より多い工作物層を有することができる。さらに、形成すべき各工作物層のために、ビームは変化しない同一の角度で放出することができる。
【００４９】
方法は、以下のステップをさらに有することができる：目下形成すべき工作物層に従って、特に構築面上にあらかじめ定められた放射パターンが形成されるように、照射ユニットを制御する。
【００５０】
同様に、以下のステップを設けることができる：目下形成すべき工作物に従って、照射ユニットから放出される放射の強度を制御する。
【００５１】
これに関連してさらに、照射ユニットの強度の制御を、多数の照射ユニットから選択されたもののみが硬化に有効な放射を発生させるように、行うことができる。
【００５２】
同様に、照射ユニットの制御は、工作物層を形成するために、成形素地が実質的に同時に照射され、それによって工作物層が実質的に唯一のステップで形成されるように、行うことができる。
【００５３】
さらに、照射ユニットの制御は、工作物層を形成するために、それらが互いに連続して、かつ／又は複数のステップで、成形素地を照射するように、行うことができる。
【００５４】
他の視点によれば、照射ユニットの制御は、第１の照射ステップにおいて、成形素地から、形成すべき工作物層の第１の割り当て部分が形成され、第２の照射ステップにおいて、成形素地から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分が形成されるように、行うことができる。
【００５５】
そして照射ユニットの制御は、工作物層を形成するために、成形素地上に少なくとも１つの照射ベクトルが形成され、もしくは模写されるように、行うことができる。なお、装置に関連して説明した、照射ユニットを制御するための変形例は、上述した方法ステップにも同様に関するものである。
【００５６】
さらなる展開によれば、方法は、以下のステップをさらに有している：工作物の製造プロセスの間に個別領域と照射ユニットの対応づけを変化させる。
【００５７】
他の視点は、保護ガス案内を改良するための上述した実施例に基づく装置と方法の展開に関する。そのために、保護ガス流を加工ユニットに沿って提供することができ、それは、特に照射配置の端縁領域内の流体導管領域を介して行うことができる。
【００５８】
流体導管領域は、たとえばブラインド、パイプ又は他の適切なガス案内部材を有することができる。少なくとも１つの流体導管領域を保護ガス供給領域として、かつ、少なくとも１つの他の流体導管領域を保護ガス排出領域として形成することができ、保護ガス流は、これらの領域の間で上述したガス案内部材によって形成することができる。したがって保護ガス流は、照射配置の、照射ユニットが配置される領域に沿って実質的に自由かつ好ましくは直線的な流れとして形成することができる。それは、たとえば照射配置の、直接構築面へ向いた下面とすることができる。一般的に保護ガスは、さらに、たとえば構築面による再反射に基づく照射ユニットの加熱を制限するために、冷却することができる。さらに保護ガス流は、溶接煙搬出に用いることができる。さらに、保護ガス流は、工作物層を形成するのと同時に、かつそれを超える時間提供することができる。
【００５９】
これに関連してさらに、照射ユニットを個々のグループ又はモジュールに分割することができ、それらは、各モジュールについて各々の照射ユニットに沿って個別の保護ガス流を得るために、それぞれ専用のガス案内部材及び／又は流体導管領域を有している。たとえば、隣接するモジュールをしかるべきブラインドによって互いに分離することができるので、保護ガス流は１つのモジュールから次のモジュールへ達しない。モジュールあたりの保護ガス流の冷却を、たとえば、駆動状態及び／又はそれぞれの照射ユニットによる成形素地内への予測されるあるいはすでに行われたエネルギ投入に従って、それぞれ個別に適合させることができる。
【００６０】
説明したように、上位において、装置と方法は、照射配置の照射ユニットによる成形素地の硬化に有効な照射を可能にすることができる。特に、工作物の形成がしかるべき照射ユニットのみによって可能となり、付加的又は外部の照射ユニットを利用する必要がなくなる。しかし原理的に、照射ユニットが単に前加熱及び／又は後加熱ユニットとしてだけ設けられており、成形素地の本来の硬化のために、たとえば既知のレーザー源とスキャナユニットの形式の、付加的又は外部の照射ユニットが提供されることも、同様に考えられる。この場合においても、照射ユニットの上述した配置と制御を用いて、相変わらず製造効率の顕著な向上が達成される。というのは、たとえば、成形素地上に前もって個別の前加熱照射パターンが形成可能だからである。前加熱された領域は、実際に所望の硬化を得るために、すでに行われているエネルギ投入に基づいて、次に他の照射ユニットによって、より迅速になぞり移動することができる。この種の前加熱の他の利点は、粉末が位相遷移の直前まで加熱され、その後小さい出力上昇パルスによって溶融もしくは硬化させることができることである。それによって管理された溶融を得ることができる。
【００６１】
そして本発明は、積層造形法を用いて３次元の工作物を形成するために、上述した視点のいずれかに記載の装置を使用することである。それは特に、装置の照射ユニットによって成形素地の硬化に有効な照射が行われるような使用である。
【００６２】
以下、添付の図面を用いて本発明の好ましい実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ−１Ｅ】図１Ａ−１Ｄは、第１の実施例に基づく装置によって工作物を形成するためのサイクリックなシーケンスを示している。図１Ｅは、第１の実施例に基づく照射配置の下側を示している。
【図２Ａ】第１の実施例に基づく装置によって工作物層を形成するための露光パターンを示している。
【図２Ｂ】第１の実施例に基づく装置によって工作物層を形成するための露光パターンを示している。
【図２Ｃ】第１の実施例に基づく装置によって工作物層を形成するための露光パターンを示している。
【図３】第２の実施例に基づく装置を示しており、付加的に、照射配置と構築面との間に光学ユニットが設けられている。
【図３Ａ】特に個々の照射ユニットのビーム拡幅の可能性及び個別領域に対する可能な対応づけを示すために、第３の実施例に基づく装置を示している。
【図４】第４の実施例に基づく装置であって、装置の照射配置に沿った保護ガス案内の他の例を示している。
【図５】第５の実施例に基づく装置を示しており、照射ユニットのビーム源が装置の離れた領域内に配置されており、かつ放出されたビームを束ねることも示されている。
【図６Ａ】第６の実施例に基づく装置を示しており、照射配置から放出されたビームは可変の個別領域に対応づけることができる。
【図６Ｂ】第７の実施例に基づく装置を示しており、照射配置から放出されたビームは可変の個別領域に対応づけることができる。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１Ａ−１Ｄには、第１の実施例に基づく装置１０が示されている。装置１０は構築面１４を有しており、それは固定の支持体１６上に形成されている。図１Ａにおいては、構築面１４上にすでに硬化させるべき成形素地１８の層が塗布されていることが見られ、ここではそれは粉末材料を有している。さらに、それ自体知られた積層装置２０が設けられており、その積層装置は図１Ａにおいては、支持体１６の左の終端領域２３の近傍に、したがって工作物を形成するために本来利用可能な構築面１４の外部に配置されている。積層装置２０は、それ自体知られたやり方で、粉末状の成形素地１８の新しい層をサイクリックに支持体１６上に塗布し、それによって積層造形法（generativen Schichtbauverfahrens herzustellen）によって工作物が形成される。
【００６５】
成形素地１８を層状に硬化させるために、さらに照射配置２２が設けられており、この照射配置は上方に、かつそれに伴って構築面１４に対向するように配置されている。照射配置２２は、構築面１４に対して矢印Ｐに従って垂直の運動軸線に沿って移動可能である。さらに照射配置２２はその、図１Ａにおいて外側の端縁領域にそれぞれ流体導管領域２４を有しており、それによって保護ガス流Ｓ（図１Ｂを参照）が照射配置２２の構築面１４へ向いた下面２６に沿って発生される。
【００６６】
図１Ａにおいてはさらに、照射配置２２がその下面２６に多数の照射ユニット２８を有していることも認識され、見やすくする理由から、これらの照射ユニット２８のいくつかだけに参照符号が設けられている。照射ユニット２８は、一般的に、互いに直接隣接しており、かつ互いに対して規則的な間隔で配置されている。特に図１Ａの紙面に対して垂直方向においても、それぞれの各々の照射ユニット２８に、さらなる照射ユニット２８の列が配置されている。したがって照射ユニット２８はマトリクス形状の格子（Raster）を形成し、あるいは言い換えると、照射配置２２の下面２６にマトリクス形状のネット又は格子（Gitter）を形成している。
【００６７】
これはさらに、照射配置２２の下面２６の平面図を示す、図１Ｅの図から明らかである。視線軸は、図１Ａの矢印Ｐとは逆を向いて延びている。下面２６における照射ユニット２８の上述したマトリクス形状の格子もしくはネットと、照射配置２２の該当する端縁領域に設けられた両側の流体導管領域２４が見られる。この表示においては、同様に、選択された照射ユニット２８のみに該当する参照符号が設けられている。同様に、照射ユニット２８の数は、図１Ａ−Ｄに示す表示とは正確には一致しない。照射ユニット２８は、さらに、一般的に矩形で示されているが、他の形状を有することもでき、たとえば円形に、あるいは丸い形状に形成することもできる。
【００６８】
この場合において照射ユニット２８は、それぞれ照射配置２２のビーム出射領域を形成し、それによってそれぞれ照射ユニット２８が個々のビーム３０を放出し、かつ構築面１４へ向けることができる（図１Ｂについての以下の説明を参照）。そのために照射ユニット２８は、それぞれ専用のレーザービーム源を有している。しかし上述したように、照射ユニット２８がオプティカルガイドによって離れて配置されているビーム源に接続されることも、同様に考えられる。
【００６９】
図１Ａ−Ｂに戻って、照射配置２２が第１のステップにおいて矢印Ｐに従って構築面１４の方向に移動されることが、認識される。これは、照射配置２２と構築面１４の間の間隔を減少させて、照射ユニット２８による成形素地１８内へのエネルギ投入を増大させるために用いられる。照射配置２２のそのような終端位置が、図１Ｂに示されている。
【００７０】
図１Ｂからはさらに、両側の流体導管領域２４を介して保護ガス流が矢印Ｓに従って発生されることが明らかにされる。この保護ガス流は、図１Ｂの左の流体導管領域２４から右のそれへ照射配置２２の下面２６に沿って延びている。したがって図１Ｂの左の流体導管領域２４は保護ガス供給領域として用いられ、右の流体導管領域２４は保護ガス排出領域として用いられる。２つの流体導管領域２４は、さらに、図示されない導管系に接続することができ、それによって流体導管領域２４の間で保護ガス循環が実現される。保護ガスは、照射ユニット２８の温度を低下させるために、冷却することもでき、その温度は、放出されたビームの構築面１４による再反射に基づいて、望ましくないやり方で上昇することがあり得る。
【００７１】
図１Ｂにおいてはさらに、多数の照射ユニット２８から選択されたもののみが、それぞれ個別ビーム３０を放出し、それが構築面１４上の成形素地１８の一番上の層へ当接する（図１Ａも参照）ことが、認識できる。多数の放出されたビーム３０から選択されたもののみに、新たに参照符号が設けられている。ビーム３０は、直線的かつ垂直に下方へ向けられて、したがってできる限り短い距離で構築面１４上へ当接するので、定められたエネルギ投入が可能になる。特にビーム３０は、照射配置２２の平面に対して、もしくはその下面２６に対して、それぞれ約９０°の角度で延びており、かつ構築面１４に対して同様に約９０°の角度で（もしくは成形素地１８の一番上の層に対して約９０°の角度で）構築面に当接する。
【００７２】
この当接角度もしくは放出角度は、一般に変化しないので、照射ユニット２８はそれぞれ、垂直の軸線に沿って見た場合に、照射ユニットに直接対向している構築面１４の固定位置の、かつ個別に対応づけられた個別領域３２を照射する。これが、図１Ｂにおいて破線で囲まれた領域Ｘから明らかにされ、その領域が個々の照射ユニット２８による、直接対向する構築面１４の個別領域３２の照射を示している。
【００７３】
したがって、以下でさらに詳細に説明するように、構築面１４の個別領域３２は、構築面の仮想の分割を定め、その分割は、照射配置２２の下面２６に設けられた照射ユニット２８のマトリクス状の配置に対応している。言い換えると、構築面１４は個別領域３２によって図１Ｅのマトリクス形状の格子と同様に仮想で個々の照射ゾーンに分割され、それらの照射ゾーンはそれぞれしかるべく対向する照射ユニット２８によって照射することができる。
【００７４】
図には詳細に示されていないが、ビーム３０の一般的に円形の横断面プロフィールが、個別領域３２の面積に約１００％相当する面積を定め、構築面１４上の当接点におけるビーム横断面積の大きさが考察される。これは、特に照射が充分な強度と期間において行われる場合に、個別領域３２内部の成形素地材料全体を硬化させるのに、充分である。それによって特に、隣接する個別領域３２内の成形素地１８をつながり合った工作物層になるように硬化させることができる。これが、たとえば図１Ｂの領域Ｚから明らかにされ、その領域内で２つの隣接する個別領域３２が、２つの個別に対応づけられた照射ユニット２８によって同時に照射される。その結果、個別領域３２に含まれる成形素地が、形成すべき工作物層の連結された硬化領域として結合される。
【００７５】
要約すると、図１Ｂから明らかなように、具体的な個々の工作物層を形成すべく、成形素地１８を硬化させるために、多数の照射ユニット２８から個々のものが所望に選択され、それによって該当するビーム３０が、構築面１４のあらかじめ定められて固定的に対応づけられた個別領域３２上へ向けられる。したがって、図１Ｂに示す工作物層個別照射パターンを形成することができ、成形素地１８の暗く示されている領域のみが選択的に硬化されるが、明るく示されている領域はそのままである。したがって照射ユニット２８を実質的に同時に駆動することによって、工作物層全体が唯一のステップもしくはショットにおいて形成することができ、それが層あたりの製造時間を著しく減少させる。
【００７６】
それぞれ工作物層あたり適切な照射ユニット２８を選択することは、詳しく図示されない制御装置によって行われる。この制御装置は、既知のやり方でＣＡＤ工作物データ又は他の適切な工作物データに基づいて、成形素地１８のそれぞれ目下形成すべき工作物層あたり照射すべき領域を識別する。さらに制御装置は、どの個別領域が成形素地１８の適切に照射すべき領域と一致し、かつどの照射ユニット２８がこれらの個別領域３２にそれぞれ対応づけられているか、を求める。最後にこれらの求められた照射ユニット２８が駆動されて、それによってそれぞれビーム３０が放出されて、成形素地のそのビームにしかるべく対応づけられた個別領域３２が、場所固有に硬化される。
【００７７】
図１Ｃは、個々の工作物層の形成が終了した状態を示している。保護ガス流Ｓは、特に照射ユニット２８の充分な冷却と確実な溶接スモーク排出を保証するために、まず所定の期間にわたって維持される。次に、照射配置２２が矢印Ａに従って垂直上方へ、かつ構築面１４から離れるように移動されて、図１Ａに示す構築面１４の上方のその初期位置に位置決めされる。これは、照射配置２２と構築面１４の間に充分な間隙もしくは間隔Ｖ（図１Ｄを参照）が形成されることを意味しているので、積層装置２０は、成形素地１８の新しい層を塗布するために、支持体１６の図１Ａ−Ｄにおいて左の終端領域２３の近傍の位置から構築面１４に沿って移動することができる。
【００７８】
図１Ｄに示すように、積層装置２０は、次に、支持体１６の右の終端領域２３の近傍の位置に達する。さらに明るく示される新しい形状のない粉末層が塗布されており、それが、図１Ｂにおいて選択的に硬化された暗い色で示される個別領域３２もカバーしている。この粉末層は、次に新たに選択的に硬化させることができる。図２Ａ−Ｃには、工作物層を形成するための個々の照射パターン又は照射ステップの例が示されている。図２Ａ−Ｃにおいては、形成すべき工作物層の輪郭４０が、図式的に示唆される構築面１４上に示されている。視線軸は、図１Ａの構築面１４への矢印Ｐに相当する。
【００７９】
図２Ａにおいて、輪郭４０によって囲まれた工作物層が、まず２つの割り当て部分４２、４４に分割されており、それらは、異なるハッチングで示され、かつ、構築面１４のそれぞれ多数の個別の矩形の領域を有していることが認識される。表示の理由から、それぞれの割り当て部分４２、４４のある領域のみに、新たにしかるべき参照符号が設けられている。割り当て部分４２、４４が互いに対してチェッカー盤状に配置されていることが、認識される。工作物層を形成するために、第１のステップにおいて、まず、割り当て部分４２の個々の領域のみが、適切に対向する照射ユニット２８によって照射される。これは、図示されない制御装置によって行われ、その制御装置が、該当する割り当て部分４２によって覆われる個別領域３２とそれに付属する照射ユニット２８を求める。次に、第２のステップにおいて、第２の割り当て部分４４に基づく領域が照射される。チェッカー盤状の配置と２つの別々のステップにおける照射によって、それぞれのステップにおいて工作物層４０の減少された割り当て部分もしくは面積のみが硬化されることが、可能になる。これは、たとえば工作物内の固有応力のような、製造エラー又は溶融された材料からなる大面積でつながり合った領域（いわゆる溶融物の海）の発生を回避するために、効果的であり得る。
【００８０】
なお、割り当て部分４２、４４は、それらが輪郭４０によって囲まれた工作物層４４全体を覆うように選択され、かつ互いに対して配置されることもできる。同様に、割り当て部分４２、４４の間の互いに対する隙間及び輪郭４０に対する隙間を閉鎖するために、付加的な割り当て部分を設けることもできる。
【００８１】
図２Ｂには、目下形成すべき工作物層を囲む輪郭４０が新たに示されている。これは、個々のセル４６を定める仮想の格子によって分割されている。これらのセル４６は、所望の工作物特性を得るためにそれぞれ個々に、特に図２Ｂに示唆されるスキャンベクトルＳ２によって照射される。このスキャンベクトルＳ２は、それ自体知られたやり方でそれぞれ個々のセル４６をライン形状に移動して、その中に含まれる成形素地１８を硬化させる。
【００８２】
図１Ｅに示唆されるように、この種のスキャンベクトルもしくは照射ベクトルＳ２は、この照射配置２２によっても形成することができる。そのために制御装置によって、形成すべき照射ベクトルＳ２がそれを通って延びる個別領域３２が求められ、次にそれぞれの個別領域に対応づけられた照射ユニット２８も求められる。次に、成形素地１８上でベクトルＳ２に従って所望の照射推移を発生させるために、これらの照射ユニット２８が互いに直接連続して、もしくは時間的にややずらして、あるいは言い換えると、波形に駆動される。
【００８３】
図１Ｅには単に、示唆される照射ベクトルＳ２を発生させるために、３つの直接隣接し、かつ互いに接する照射ユニット２８を時間的に互いに連続して駆動することができる例が示されている。そのためにまず、もっとも左に位置決めされた照射ユニット２８が作動され、それに沿って照射ベクトルＳ２が延びており、かつすぐそれに続いて中央の照射ユニットが、そして最後にもっとも右に位置決めされた照射ユニット２８が作動される。
【００８４】
なお、図２Ｂに示す個々の照射ベクトルＳ２は、同時に発生させることもでき、それに続いて他の個々のセル４６内で同様な照射ベクトルＳ２を発生させることができ、最終的に輪郭４０によって囲まれた領域全体が照射されて、硬化されている。
【００８５】
図２Ｃにおいてはさらに、輪郭４０自体とそれに伴って工作物層の外側のエッジ領域を形成する、可能性が示されている。そのために、実質的に同一の長さをもって輪郭４０に沿って延びる、個々の照射ベクトルＳ２が定められる。次に新たに、それぞれ対応する照射ベクトルＳ２によって貫通される個別領域３２及びそれぞれ対応づけられた照射ユニット２８が求められる。これらは、上述したやり方で互いに連続して駆動することができ、それによって構築面１４上に照射ベクトルＳ２が形成される。
【００８６】
特に、図２Ｃ内の照射ベクトルＳ２全体を実質的に同時に形成することができる。このように照射ベクトルＳ２の長さを減少させて同時に形成することによって、輪郭４０に沿ったエッジ全体をきわめてわずかな時間で形成できることが、可能になる。言い換えると、多数の照射ユニット２８が並行もしくは同時に行われる細分された輪郭走行を可能にし、それによって加工時間全体が減少する。これは特に、輪郭４０全体を唯一のビーム源のビームによって完全になぞり移動しなければならない解決に比較して言えることである。
【００８７】
図３には、他の実施形態に基づく照射配置２２が図式的に示されている。ここでは、照射配置２２が、構築面１４へ向いたその下面２６に複数の照射ユニット２８を有していることが、認識される。これらも、それぞれ直線的かつ構築面１４に対して直角に延びるビーム３０を発生させ、そのビームが変化しない角度で照射ユニット２８から出射する。放射強度を高めるために、複数の個別の照射ユニット２８からの複数のビーム３０が光学ユニット５０によって唯一の強化されたビーム５２にまとめられる。図示される場合において、４掛ける４の照射ユニット２８が１つのグループにまとめられる。
【００８８】
図３の表示において、外側の列の４つの照射ユニット２８のみが示されており、他の照射ユニット２８は、図面の紙面内へ配置されている。さらに１グループの４掛ける４の照射ユニット２８のために集光レンズ５４が示されており、その集光レンズが個々のビーム３０を強化されたビーム５２に束ねる。各グループの４掛ける４の照射ユニット２８のために、光学ユニット５０はさらに調節レンズ５６を有しており、それが成形素地１８上の強化されたビーム５２の合焦位置もしくは当接位置を、図３に示す軸線に沿って調節することができる。したがって強化されたビーム５２（及びそれに伴って適切にまとめられた４掛ける４の照射ユニット２８のグループ）を新たに、構築面１４のあらかじめ定められた個別領域３２に対応づけることができる。さらに照射配置２２は、矢印Ｑに従って全体として構築面１４に対して平行に移動可能とすることができるので、強化されたビーム５２は、構築面１４の他の個別領域３２にもフレキシブルに対応づけることができる。
【００８９】
さらに、照射ユニット２８の個々のビームも、強化されたビーム５２も、それぞれ対応づけられた個別領域３２を完全にはカバーしないことが、認識される。言い換えると、該当するビーム横断面は、対応づけられた個別領域３２の面を１００％より少なく、より正確に言うと約３０％だけ満たす。それにもかかわらずそれぞれの個別領域３２内の成形素地の完全な硬化は、ビーム当接点が調節レンズ５６によって変化されるので、ビーム当接点を個別領域内部のすべての点へ向けることができることによって、達成することができる。
【００９０】
なお、図３に示す照射ユニット２８の数は単なる例であって、全体としてずっと多くの数の照射ユニット２８を設けることができ、それらも図１Ｅと同様にマトリクス形状の格子内に配置することができる。
【００９１】
図３Ａには、個々の照射ユニット２８のビームを拡幅し、かつ個別領域３２を覆うための可能性を説明するために、他の実施例が示されている。新たに、構築面１４の位置を定める支持体１６とその上に配置された成形素地層１８が認識される。照射ユニット２８がそれぞれビーム３０を放出し、そのビームは対向する構築面１４の個別領域３２へ向けられている。単なる例として、照射ユニット２８のビーム３０が異なる寸法で拡幅されることが、示されている。一般的にその代わりに、照射ユニット２８が多数である場合に、照射ユニット２８の各々が、図３Ａに示す例の１つのみに基づいてビームを放出することができ、したがってビーム拡幅を照射配置２２全体の内部で統一的に行うことができる。
【００９２】
具体的に、図３Ａの左の３つの照射ユニット２８において、これらは対向する個別領域３２を当接点において実質的に完全に１００％カバーする。多数の個別領域３２が示されているが、そのうちの全部が照射されるわけではない。たとえば、図３Ａ（左半分）の最初の２つの照射される個別領域３２の間に、実際には照射されない個別領域３２が配置されている。しかしながら、構築面１４を完全に照射することができるようにするために、照射配置２２は矢印Ｇに従って構築面１４に対して平行にスライドすることができる。その結果、照射ユニット２８は、図示される状態において照射されない隙間を形成する他の個別領域３２も照射することができる。
【００９３】
図３Ａの右４つの照射ユニット２８は、放射されたビーム３０を異なる寸法で拡幅するために、それぞれマイクロレンズの形式の光学ユニット５０を有している。しかしまた、照射配置２２の内部のすべての照射ユニット２８が同種のマイクロレンズを有することもでき、したがって同じように拡幅されたビーム３０を放出することができる。この場合においても、放出されたビーム３０はそれぞれ対応づけられた個別領域３２を当接点において実質的に完全に１００％カバーする。もちろんこの場合においては、個別領域は重なり合って配置されており、それが特に図３Ａのもっとも右に配置された照射ユニット２８において示されている。このように重ねることによって、成形素地１８の確実な平面的硬化を達成することができる。というのは、たとえば図３Ａの右２つの個別領域３２は、それぞれ２つの照射ユニット２８によって照射されるからである。
【００９４】
しかし上述したように、個別領域３２を互いにただ隣接して、重ならないように配置し、当接点においてそれぞれの個別領域３２を１００％より多い過剰なビームでカバーすること（たとえば個別領域３２のそれぞれの面積に対する当接するビーム面積の、１５０％の比率）も、同様に考えられる。この変形例は、図３Ａには特に示されていない。しかし構築面１４をこのように個別領域３２に仮想で分割することは、図１Ｅに示す照射ユニット２８のマトリクスパターンに比較可能である。この場合においても、増大された、もしくは過剰なカバーに基づいて構築面１４の重なり合った照射、したがって成形素地１８の確実な硬化を達成することができる。なお、上位において、これら２つの変形例の混合形式も考えられる（したがって個別領域３２の少なくとも部分的に重なり合う配置と、１００％より多いカバーを有する照射）。
【００９５】
図４には、装置１０の他の実施形態が示されており、それは、照射配置２２に沿って保護ガス供給するための他の変形例に関する。図４においては、支持体１６と構築面１４が示されており、それらは照射配置２２の下面２６に対向している。照射配置２２は、複数の照射ユニット２８を有している。しかしこれらは、個別のグループもしくはモジュールにまとめられており、ここでは各モジュールは、４掛ける４の照射ユニット２８からなる方形の配置を有している。図４の表示においては、それぞれモジュールあたり一番外側の列の４つの照射ユニット２８のみが示されており、他の照射ユニット２８は図面の紙面内へ配置されている。
【００９６】
図４においてはさらに、照射ユニット２８のそれぞれ個々のモジュールあたり２つの流体導管領域２４が設けられており、それらはブラインド６０を介して定められていることが、認識される。それぞれ左の流体導管領域２４が保護ガス供給領域として用いられ、それぞれ右の流体導管領域２４が保護ガス排出領域として用いられる。ブラインド６０が、それぞれモジュールあたり流入する保護ガスを矢印Ｓに従って保護ガス供給領域から保護ガス排出領域へ案内するように構成されていることが認識され、保護ガス流Ｓは、照射ユニット２８のそれぞれのモジュールの下面２６に沿って生じる。したがって、保護ガス流Ｓの流れ距離が比較的短いことに基づいて、照射ユニット２８の特に効率的な冷却が得られる。さらに、冷却を個々のモジュールについて、たとえば、予測される又は既に行われている作動及び／又はモジュールによる成形素地１８へのエネルギ投入にしたがって、それぞれ適合させることができる。後者は、たとえば制御ユニットによって、形成すべき工作物のデータから求めることができる。
【００９７】
図５には、照射配置２２のビーム源を装置１０の離れた領域内に、特にプロセスチャンバ１００の外部に、配置する例が示されている。具体的には、多数のビーム源１０２が示されており、それらは図３の例と同様に、それぞれ４掛ける４の照射ユニット２８のグループを有している。光学ユニット５０を介して、ビーム源１０２のそれぞれのグループの個々の放出されたビーム３０が、図３に示す実施形態と同様に束ねられて、それぞれ対応づけられたオプティカルガイド１０４内へ案内される。オプティカルガイド１０４は、プロセスチャンバ１００内まで、特に構築面１４に対向する照射配置２２のベースボディ１０６内まで延びている。ベースボディ１０６の下面２６において、オプティカルガイド１０４は、ここでも図１Ｅと同様にマトリクス形状に配置されているので、個々の照射ユニット２８の束ねられたビーム３０が、構築面１４の該当する個別領域３２に対応づけられている。
【００９８】
図６Ａ−Ｂは、構築面１４の個別領域３２と個々の照射ユニット２８との間の対応づけを変化させる可能性を示している。図６Ａにおいて、照射配置２２はプロセスチャンバ１００の外部に配置されており、かつ構築面１４に対して実質的に平行に方向付けされたビーム３０を放出する。これらは、２軸のスキャナ装置の形式の方向変換装置１１０によって、特に、その構築面１４上の当接点がフレキシブルに調節可能であるように、方向変換される。したがって、たとえば、それぞれ形成すべき工作物層あたり、又は、代替的に、個々の工作物層を形成する間も、ビーム３０が個別領域３２に交互に対応づけられるような方向変換を行うことができる。
【００９９】
図６Ｂには、同様な原理が示されているが、照射ユニット２８は、図３の例に従って形成されており、かつ付加的な光学ユニット５０を有している。
【図１Ａ−１Ｄ】
2019531935.tif 000003
【図１Ｅ】
2019531935.tif 000004
【図２Ａ】
2019531935.tif 000005
【図２Ｂ】
2019531935.tif 000006
【図２Ｃ】
2019531935.tif 000007
【図３】
2019531935.tif 000008
【図３Ａ】
2019531935.tif 000009
【図４】
2019531935.tif 000010
【図５】
2019531935.tif 000011
【図６Ａ】
2019531935.tif 000012
【図６Ｂ】
2019531935.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月14日(2018.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の工作物を形成する装置（１０）であって、
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置（２２）が、前記照射配置（２２）内に固定されて配置されかつ前記構築面（１４）に対して平行に移動しない多数の照射ユニット（２８）を有し、
前記照射ユニット（２８）が、それぞれ少なくとも１つのレーザービームを放出するダイオード及び／又はレーザービームを放出する半導体を備えた、少なくとも１つの表面エミッターユニットを有しており、
前記照射ユニット（２８）が、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合されており、
前記照射ユニット（２８）の放出されたビームがそれぞれ、前記各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の２％から１７０％の間に相当する横断面積を有している、装置。
【請求項２】
複数の前記個別領域（３２）が、それらが一緒になって前記構築面（１４）の少なくとも一部を連続してカバーするように、配置されている、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
前記照射ユニット（２８）がそれぞれ、前記ビーム（３０）が変化しない角度で放出されるように、かつ特に、前記ビーム（３０）が前記構築面（１４）上へ２０°から１６０°の変化しない角度で当接するように、形成されている、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記照射ユニット（２８）が、互いに対してあらかじめ定められた間隔で、かつ特に、互いに対して規則的かつ／又は等しい間隔で、配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記照射ユニット（２８）が、前記照射配置（２２）の内部にマトリクス形状、格子形状又はネット形状に配置されている、請求項４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
目下形成すべき工作物層に従って前記照射ユニット（２８）を、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、制御するように構成されている、制御装置を更に備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記制御装置が、目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出されるビームの強度を制御するように、構成されている、請求項６に記載の装置（１０）。
【請求項８】
前記制御装置が、前記照射ユニット（２８）の強度を制御して、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが硬化に有効な照射を発生させるように、構成されている、請求項７に記載の装置（１０）。
【請求項９】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）が同時に照射されて、それによって前記工作物層が唯一のステップで形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続してかつ／又は複数のステップで前記成形素地（１８）を照射するように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記制御装置が、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項１０に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が模写されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項６から１１のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記照射ユニット（２８）が、それぞれビーム源を有し、かつ／又は、前記照射ユニット（２８）の少なくともいくつかのものの放射されたビームが、付加的な光学ユニット（５０）によって共通のビーム（５２）を形成するように束ねられる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１４】
工作物の形成プロセスの間、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけが可変である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置が、前記照射配置（２２）内に固定されて配置されかつ前記構築面（１４）に対して平行に移動せず、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合された、多数の照射ユニット（２８）を有し、
前記照射ユニット（２８）が、それぞれ少なくとも１つのレーザービームを放出するダイオード及び／又はレーザービームを放出する半導体を備えた、少なくとも１つの表面エミッターユニットを有する、
装置（１０）によって、３次元の工作物を形成する方法であって、
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、前記照射ユニット（２８）に対応づけられた各々の個別領域（３２）上へビーム（３０）を放出することであって、放出されたビーム（３０）の横断面積がそれぞれ、各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の２％から１７０％の間に相当する、
ステップを有する、方法。
【請求項１６】
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、形成すべき多数の工作物層にわたって変化しない角度でビーム（３０）を放出する、
ステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
−目下形成すべき工作物層に従って、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御する、
ステップをさらに有する、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
−目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出される放射の強度を制御する、
ステップをさらに有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記照射ユニット（２８）の強度の制御が、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが、硬化に有効な放射を発生させるように、行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、成形素地（１８）が同時に照射されて、工作物が唯一のステップで形成されるように、行われる、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続して、かつ／又は複数のステップにおいて、前記成形素地（１８）を照射するように、行われる、請求項１７から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記照射ユニット（２８）の制御が、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物の層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、かつ、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、行われる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が形成されるように、行われる、請求項１７から２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
−工作物の形成プロセスの間に、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけを変化させる、
ステップをさらに有する、請求項１５から２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
積層造形法を用いて３次元の工作物を形成するために、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置を使用すること。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月23日(2019.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の工作物を形成する装置（１０）であって、
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置（２２）が、前記照射配置（２２）内に固定されて配置されかつ前記構築面（１４）に対して平行に移動しない多数の照射ユニット（２８）を有し、
前記照射ユニット（２８）が、それぞれ少なくとも１つのレーザービームを放出するダイオード及び／又はレーザービームを放出する半導体を備えた、少なくとも１つの表面エミッターユニットを有しており、
前記照射ユニット（２８）が、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合されており、
前記照射ユニット（２８）の放出されたビームがそれぞれ、前記各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の２％から１７０％の間に相当する横断面積を有している、装置。
【請求項２】
複数の前記個別領域（３２）が、それらが一緒になって前記構築面（１４）の少なくとも一部を連続してカバーするように、配置されており、かつ／又は、
前記照射ユニット（２８）がそれぞれ、前記ビーム（３０）が変化しない角度で放出されるように、かつ特に、前記ビーム（３０）が前記構築面（１４）上へ２０°から１６０°の変化しない角度で当接するように、構成されており、かつ／又は、
前記照射ユニット（２８）が、互いに対してあらかじめ定められた間隔で、かつ特に、互いに対して規則的かつ／又は等しい間隔で、配置されており、かつ／又は、前記照射配置（２２）の内部にマトリクス形状、格子形状又はネット形状に配置されている、請求項１に記載の装置（１０）。
【請求項３】
目下形成すべき工作物層に従って前記照射ユニット（２８）を、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、制御するように構成されている、制御装置を更に備える、請求項１又は２に記載の装置（１０）。
【請求項４】
前記制御装置が、目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出されるビームの強度を制御するように、構成されており、
前記制御装置が、特に、前記照射ユニット（２８）の強度を制御して、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが硬化に有効な照射を発生させるように、構成されている、請求項３に記載の装置（１０）。
【請求項５】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）が同時に照射されて、それによって前記工作物層が唯一のステップで形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、又は、前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続してかつ／又は複数のステップで前記成形素地（１８）を照射するように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されており、
前記制御装置が、特に、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項３又は４に記載の装置（１０）。
【請求項６】
前記制御装置が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が模写されるように、前記照射ユニット（２８）を制御するように構成されている、請求項３から５のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項７】
前記照射ユニット（２８）が、それぞれビーム源を有し、かつ／又は、前記照射ユニット（２８）の少なくともいくつかのものの放射されたビームが、付加的な光学ユニット（５０）によって共通のビーム（５２）を形成するように束ねられ、かつ／又は、工作物の形成プロセスの間、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけが可変である、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項８】
−成形素地（１８）を収容するように適合されている構築面（１４）と、
−積層造形法を用いて工作物を形成するために、前記構築面（１４）上の前記成形素地（１８）を選択的に電磁放射によって照射するように適合されている照射配置（２２）と、
を備え、
前記照射配置が、前記照射配置（２２）内に固定されて配置されかつ前記構築面（１４）に対して平行に移動せず、各々の対応づけられた前記構築面（１４）の個別領域（３２）を照射するように適合された、多数の照射ユニット（２８）を有し、
前記照射ユニット（２８）が、それぞれ少なくとも１つのレーザービームを放出するダイオード及び／又はレーザービームを放出する半導体を備えた、少なくとも１つの表面エミッターユニットを有する、
装置（１０）によって、３次元の工作物を形成する方法であって、
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、前記照射ユニット（２８）に対応づけられた各々の個別領域（３２）上へビーム（３０）を放出することであって、放出されたビーム（３０）の横断面積がそれぞれ、各々の対応づけられた個別領域（３２）の面積の２％から１７０％の間に相当する、
ステップを有する、方法。
【請求項９】
−前記多数の照射ユニット（２８）から少なくとも選択されたものによって、形成すべき多数の工作物層にわたって変化しない角度でビーム（３０）を放出する、
ステップをさらに有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
−目下形成すべき工作物層に従って、特に前記構築面（１４）上にあらかじめ定められた照射パターンが形成されるように、前記照射ユニット（２８）を制御する、
ステップをさらに有する、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
−目下形成すべき工作物層に従って、前記照射ユニット（２８）から放出される放射の強度を制御する、
ステップをさらに有し、
前記照射ユニット（２８）の強度の制御が、特に、前記多数の照射ユニット（２８）から選択されたもののみが、硬化に有効な放射を発生させるように、行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、成形素地（１８）が同時に照射されて、工作物が唯一のステップで形成されるように、行われる、又は、
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記照射ユニットが互いに連続して、かつ／又は複数のステップにおいて、前記成形素地（１８）を照射するように、行われ、前記照射ユニット（２８）の制御が、特に、第１の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物の層の第１の割り当て部分（４２）が形成され、かつ、第２の照射ステップにおいて、前記成形素地（１８）から、形成すべき工作物層の第２の割り当て部分（４４）が形成されるように、行われる、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射ユニット（２８）の制御が、工作物層を形成するために、前記成形素地（１８）上に少なくとも１つの照射ベクトル（Ｓ２）が形成されるように、行われる、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
−工作物の形成プロセスの間に、個別領域（３２）と照射ユニット（２８）の対応づけを変化させる、
ステップをさらに有する、請求項８から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
積層造形法を用いて３次元の工作物を形成するために、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置を使用すること。
【国際調査報告】
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